Joint verrouillé à emboîtement

Abstract

 Ce joint est du type dans lequel le bout mâle et l'emboîtement présentent des surfaces d'appui respectives 5,22 en regard entre lesquelles sont disposés des moyens d'entretoisement capables de transmettre les efforts de déboîtement sur toute la périphérie du joint et comprenant une masse incompressible d'une matière initialement fluide.
Suivant l'invention, la masse incompressible 27 est contenue dans un espace fermé de tous côtés de façon étanche à ladite matière par des organes annulaires 23 entièrement situés entre les deux surfaces d'appui 5,22.
Ce joint s'applique notamment aux canalisations de gros diamètre posées en tranchée.

Description

[0001] La présente invention est relative aux joints verrouillés à emboîtement entre deux tuyaux pouvant présenter une déviation l'un par rapport à l'autre, et plus particulièrement aux joints dans lesquels le bout mâle et l'emboîtement présentent des surfaces d'appui respectives en regard entre lesquelles sont disposés des moyens d'entretoisement capables de transmettre les efforts de déboîtement sur toute la périphérie du joint et comprenant une masse incompressible d'une matière initialement fluide, la surface d'appui de l'emboîtement étant définie par une collerette intérieure de celui-ci et celle du bout mâle par un jonc fendu enserrant ce bout mâle et appliqué contre un épaulement radial de celui-ci. L'invention s'applique notamment aux canalisations de grand diamètre posées en tranchées, pour lesquelles une déviation faible et aléatoire est pratiquement inévitable, destinées à véhiculer un fluide sous pression élevée.

[0002] Les brevets FR 2 159 581 et 2 304 018 montrent des joints du type précité. Dans ces joints connus, la masse incompressible occupe tout l'espace disponible dans la cavité de l'emboîtement et, comme cet espace est ouvert, elle doit être constituée d'une matière durcissable.

[0003] L'invention a pour but de perfectionner ces joints connus de façon à économiser de la matière de remplissage. A cet effet, elle a pour objet un joint du type précité, caractérisé en ce que la masse incompressible est contenue dans un espace fermé de tous côtés de façon étanche à ladite matière par des organes annulaires entièrement situés entre les deux surfaces d'appui.

[0004] Dans un premier mode de réalisation, lesdits organes annulaires comprennent une couronne à section en L coulissant avec un jeu radial dans l'ouverture de la collerette de l'em- boitement et dans le fond cylindrique de la cavité de cet emboîtement.

[0005] Dans un autre mode de réalisation, la surface d'appui du bout mâle est tronconique ou sphérique et ledit espace est fermé du côté du jonc annulaire fendu par un anneau torique en appui sur ce jonc et sur le fond cylindrique de la cavité de l'emboîtement, tandis que,du côté de l'entrée de l'emboîtement, ledit espace peut être fermé soit par un profilé annulaire en U coiffant ladite collerette et éventuellement muni d'un remplissage, soit par un second anneau torique s'appuyant sur la surface extérieure du bout mâle et sur une partie tronconique, radialement intérieure, de la surface d'appui de l'emboîtement.

[0006] On remarque en outre que, dans chacun des modes de réalisation, la matière durcissable utilisée nécessairement dans les joints connus précités peut être remplacée en tout ou partie par une matière granulaire telle que de la grenaille ou des billes métalliques, qui offre une plus grande résistance à la compression.

[0007] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels :

la Fig. 1 est une demi-vue en coupe d'un joint verrouillé conforme à l'invention, les deux tuyaux étant parfaitement alignés;

la Fig. 2 est une vue complète et à plus petite échelle de ce joint, les deux tuyaux étant dans. leur positions définitives;

la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig. 1 d'une variante du joint de cette Fig. 1;

La Fig. 4 représente de façon analogue un autre mode de réalisation du joint verrouillé conforme à l'invention;

la Fig. 5 montre une variante du joint de la Fig. 4.

[0008] Le joint représenté à la Fig. 1, d'axe général X-X horizontal, réunit l'emboîtement 1 d'un premier tuyau 2 et le bout mâle 3 d'un deuxième tuyau 4 enfoncé dans l'emboîtement 1. Les tuyaux 2 et 4 ont un grand diamètre, par exemple 800 mm ou plus, et sont destinés à véhiculer un fluide sous haute pression, par exemple 10 bars.

[0009] L'emboîtement 1 présente à son entrée une collerette intérieure 5 délimitée par des parois radiales 6 et 7 et définissant une ouverture cylindrique centrale 8. La paroi extérieure 6 de cette collerette 5 est chanfreinée pour faciliter l'introduction du bout mâle 3 et des divers composants du joint. L'emboîtement 1 comporte également une seconde collerette intérieure 9 à parois radiales 10 et 11 délimitant un orifice 12 de diamètre nettement inférieur à l'orifice 8, la paroi de cet orifice 12 convergeant vers l'intérieur de l'emboîtement.

[0010] Entre les collerettes 5 et 9 est délimitée une première gorge 13 à fond cylindrique 14, tandis qu'au-delà de la collerette 9 est ménagée une seconde gorge 15 dont l'extrémité intérieure est définie par une paroi radiale 16. La gorge 15 présente une partie 17 de diamètre agrandi au voisinage de la collerette 9. L'étanchéité du joint est assurée par une garniture 18 à compression radiale présentant un talon 19 logé dans la partie 17 de la gorge 15.

[0011] Sur la périphérie du bout mâle 3, à une certaine distance de l'extrémité de celui-ci, est disposé un cordon de soudure 20 circulaire ou discontinu présentant une face radiale 21 tournée du côté opposé à l'extrémité du bout mâle. Le diamètre du cordon 20 est très inférieur à celui de l'orifice 8 de l'emboîtement 1 et, lorsque le bout mâle est en position enfoncée dans l'emboîtement, ce cordon de soudure se trouve à peu près en regard de la collerette 9 de ce dernier.

[0012] Le joint ainsi décrit est complété par un dispositif de verrouillage en traction constitué de deux organes annulaires rigides et d'une masse de remplissage incompressible. Le premier organe annulaire est un jonc fendu 22 à section carrée ou rectangulaire qui enserre le bout mâle 3 et prend appui contre la face 21 du cordon de soudure 20. Le diamètre extérieur de ce jonc 22 est nettement supérieur au diamètre d'entrée de l'emboîtement 1.

[0013] L'autre organe annulaire est constitué par une couronne 23 à section en L. La branche radiale ou talon 24 du L est intérieure à l'emboîtement et est délimitée par deux surfaces radiales annulaires dont l'une prend appui sur la face adjacente du jonc 22; l'extrémité libre de cette branche 24 coulisse avec un petit jeu radial j le long du fond cylindrique 14 de la gorge 13 de l'emboîtement. L'autre branche ou jupe 25 du L, perpendiculaire à la précédente, coulisse dans l'ouverture d'entrée 8 de l'emboîtement 1 avec un jeu radial j' du même ordre que le jeu i. Le diamètre intérieur de la branche 25 est supérieur au diamètre extérieur du cordon de soudure 20.

[0014] L'espace annulaire 26 de section à peu près rectangulaire ménagé entre les parois 7 et 14 de la gorge 13 d'une part, l'angle intérieur de la couronne 23 d'autre part, est rempli d'une matière 27 de type granulaire qui est introduite dans cet espace par l'intermédiaire d'un orifice radial taraudé 28 ménagé dans la paroi de l'emboltement 1 au voisinage de la collerette 5; un bouchon fileté 29 peut être vissé dans l'orifice 28. Le diamètre des particules constituant la matière 27 est supérieur au double des jeux 1 et j'. La matière 27 peut notamment être constituée par de la grenaille ou, de préférence, comme représenté, par des billes d'acier d'un diamètre de quelques millimètres, par exemple de 5 à 6 mm.

[0015] La couronne 23 est fendue, et sa fente 23a est obturée, par exemple au moyen d'un cordon de soudure.

[0016] Le montage du joint de la Fig. 1 s'effectue de la manière suivante.

[0017] La garniture 18 étant en place dans son logement de l'emboîtement, on contracte radialement la couronne 23 jusqu'à ce que la branche 24 du L ait un diamètre suffisamment petit pour passer à travers l'orifice 8. Lorsque ce franchissement est effectué, on relâche la couronne 23, et on supprime la fente 23a, par exemple par soudure, pour faire de cette couronne une pièce continue sur toute la périphérie et ayant le diamètre désiré pour présenter les jeux radiaux j et j' mentionnés plus haut. Puis on introduit de la même façon le jonc fendu 22 dans la gorge 13, au-delà de la couronne 23, et on le met en extension radiale, en attente, cet état étant maintenu au moyen d'un coin (non représenté) introduit axialement dans sa fente 22a. Ces opérations peuvent être effectuées en usine au préalable.

[0018] Le bout mâle 3 s'introduit alors sans difficulté dans l'emboltement, à travers les pièces 23 et 22. Lorsque le cordon de soudure 20 a dépassé le jonc 22, on retire le coin de maintien de celui-ci en extension, de sorte que ce jonc vient enserrer le bout mâle à une faible distance du cordon de soudure 20. Pendant son introduction, le bout mâle a comprimé radialement la garniture 18, assurant ainsi de façon automatique l'étanchéité du joint.

[0019] Ces opérations ont été effectuées avec un alignement parfait des deux tuyaux suivant l'axe X-X, de sorte que l'orientation des pièces est celle représentée en traits pleins à la Fig. 1. On imprime alors aux deux tuyaux la déviation projetée, ou bien leur laisse prendre la déviation qu'imposent les conditions pratiques du chantier de pose, par exemple la conformation imparfaite du fond de la tranchée où est posée la canalisation. Cette déviation provoque une intersection des axes des deux tuyaux dans le plan moyen de la garniture 18, comme représenté à la Fig. 2.

[0020] En pratique, la déviation centre deux .tuyaux successifs est très faible, de l'ordre par exemple de 1°30 au maximum, et donc à peu près imperceptible. Cependant, lorsque les tuyaux ont un grand diamètre, par exemple 1600 mm, le décalage axial entre les parties du jonc 22 situées respectivement à l'extérieur et à l'intérieur de l'angle des deux tuyaux est L = 1600 x tg 1°30 = 1600 x 0,026 = 41,6 mm. Il en résulte une modification très sensible de la forme de l'espace 26: d'annulaire, cet espace prend une configuration cunéiforme, comme représenté à la Fig. 2, la longueur axiale de l'espace 26 étant à- l'intérieur de l'angle des tuyaux (en bas sur la Fig.2) supérieure de près de 42 mm à cette longueur axiale à l'extérieur de cet angle (en haut sur la Fig. 2).

[0021] Lorsque les deux tuyaux sont dans leurs positions définitives, on remplit l'espace 26 de la matière granulaire 27, par exemple par injection sous pression à travers l'orifice 28 de l'emboîtement, et l'on effectue un bon tassement de cette matière, par exemple par des vibrations, les billes étant éventuellement lubrifiées au préalable dans le même but. Pendant ce remplissage, la matière 27 pousse la couronne ₂₃ contre le jonc 22, de sorte que, à la fin de ce remplissage, la couronne 23 est coaxiale au bout mâle 3. Ce mouvement anqulaire de la couronne 23 est permis par les jeux et j', qui se modifient sur le pourtour du joint sans pouvoir doubler de valeur, et donc en restant toujours inférieurs au diamètre des billes de la matière de remplissage. On est ainsi assuré qu'aucune des billes ne pourra s'échapper de l'espace 26, ni vers l'intérieur de l'emboîtement ni vers l'extérieur. On rebouche enfin l'orifice de remplissage 28 au moyen du bouchon 29. Il-est clair que lorsque, sous l'effet de la pression de service, le bout mâle 3 tendra à ressortir de l'emboîtement 1, les efforts de déboîtement seront transmis effectivement du cordon de soudure 20 à la collerette 5 sur toute la périphérie du joint par le jonc 22, la branche 24 de la couronne 23 et la matière 27.

[0022] La variante représentée à la Fig. 3 diffère de celle des Fig.let 2 par la forme du jonc 22 et de la couronne 23.

[0023] Dans cette variante, la face d'appui que le jonc 22 offre à la couronne 23 est une surface bombée 30 de très grand rayon de courbure,donc très proche du tronc de cône.Par ailleurs, un pan coupé est introduit en 31, à l'intersection de la face cylindrique externe du jonc 22 avec la face radiale 32 d'appui contre le cordon de soudure 20, ce qui permet d'incliner la face adjacente 10 de la collerette 9 de l'emboîtement et, par suite, de raccourcir celui-ci en vue d'un gain de matière. Enfin, un chanfrein est ménagé en 33, à l'intersection de la face bombée 30 et de l'alésage interne du jonc, pour faciliter l'introduction du bout mâle. Ainsi, le jonc 22 a une section grossièrement triangulaire à angles abattus.

[0024] Par ailleurs, l'angle du L de la couronne' 23 est abattu de façon à former une surface tronconique 34 d'appui sur la surface bombée 30 du jonc 22 ainsi qu'une petite surface tronconique 35 dans l'angle intérieur de la couronne. Pour assurer une longueur axiale constante de l'espace 26 , une surface tronconique 35^a de même angle que la surface 35 est prévue dans le côté intérieur de la collerette 5 de l'emboîtement 1. L'angle d'inclinaison sur l'axe X-X des surfaces 34, 35 et 35^a est de l'ordre de 45°.

[0025] De plus, l'extrémité de la jupe 25 extérieure à l'emboîtement est pourvue d'une collerette radiale extérieure ₂₅a.

[0026] Dans l'ensemble, ce joint se monte de le même façon que celui de la Fig. 1. Cependant, grâce à la collerette 25^a, il est possible d'introduire en usine la couronne 23 dans l'emboîtement et, après fermeture de sa fente 23^a, de renplir l'espace annulaire 26 de matière granulaire (non représentée), ce remplissage s'effectuant alors que le talon 24 se trouve à peu près à mi-longueur de la gorge 13 de l'emboîtement. Après obturation de l'orifice de remplissage 28, on peut transporter le tuyau 2 sans risquer de voir les billes s'échapper de l'espace 26; pour éviter le rassemblement des billes dans la partie basse de l'emboîtement, on peut disposer des cales d'espacement (non représentées)entre les collerettes 5 et 25a.

[0027] Lors du montage du joint de la Fig. 3, si l'espace 26 est pré-rempli comme décrit ci-dessus, il est souhaitable, une fois les deux tuyaux dans leur position angulaire relative définitive, d'aider la couronne 23 à basculer et les billes à se redistribuer, afin d'assurer un bon appui périphérique. Ceci peut s'effectuer en exerçant artificiellement un effort de déboîtement sur le bout mâle; à cet effet, on peut utiliser un dispositif écarteur quelconque approprié tel que l'appareil décrit au brevet FR 2 263 443, éventuellement assisté d'un vibrateur.

[0028] En service, cette variante présente certains avantages dus à l'inclinaison des surfaces de contact 30 et 34 :

- la résultante des efforts de réaction est concentrée à l'intérieur du cordon de soudure 20, ce qui supprime ou réduit la tendance du jonc 22 à basculer pardessus ce cordon 20 en direction de la pointe du bout mâle; cependant, l'inclinaison importante indiquée exclut tout risque d'éclatement de l'emboîtement ou d'écrasement radial du bout mâle aux pressions élevées;

- l'inclinaison des faces d'appui 30-34 a tendance à repousser la couronne 23 dans l'angle formé par les parois 7 et 13 de la gorge 14 de l'emboîtement, ce qui est favorable à la fermeture étanche aux billes de l'espace 26;

- l'inclinaison des faces d'appui 30 et 34 permet de faire absorber une certaine partie de la déviation par un glissement relatif de ces deux faces, ce qui permet de réduire à son tour la longueur de l'espace 26, donc celle de l'emboîtement. De plus, les jeux 1 et i' peuvent être réduits, ainsi par conséquent que le diamètre des billes ou analogues constituant la matière 27.

[0029] On peut aussi, suivant une variante non représentée, associer une couronne à L anguleux selon la Fig. 1 à un jonc 22 à peu près hexagonal selon la Fig.3.

[0030] Les Fig. 4 et 5 montrent un autre mode de fermeture de l'espace 26. Sur ces figures, le jonc 22 est le même qu'à la Fig. 3, bien que sa surface d'appui 30 puisse être tronconique au lieu de sphérique, mais la couronne 23 est remplacée par un autre dispositif. Dans les deux cas, un tore 36 ferme l'espace 26 du côté intérieur de l'emboîtement 1 en prenant appui contre la face 30 du jonc 22 et contre le fond 14 de la gorge 13 de l'emboîtement.

[0031] Dans la variante de la Fig. 4, du côté de l'extrémité ouverte de l'emboîtement, l'espace 26 est fermé par un profilé annulaire 37 en U qui enserre le bout mâle 3 et coiffe la collerette 5 et qui peut éventuellement être pourvu d'un remplissage approprié.

[0032] A la Fig. 5, le profilé annulaire 37 est remplacé par un deuxième tore 38 coincé entre le bout mâle 3 et le pan coupé 35a de la collerette 5. Ce tore 38 est retenu contre la collerette 5 par plusieurs pattes coudées 39 en tôle fixées à sa face extérieure.

[0033] Ces deux variantes ont le même mode de fonctionnement que les deux précédentes. Cependant, il est nécessaire de refermer les fentes 36a, 38a et 37a des tores 36, 38 et du profilé 37 avant le remplissage de l'espace 26 pour assurer l'étanchéité, sauf bien entendu pour les deux tores s'ils sont réalisés en une matière .extensible telle qu'un élastomère. Dans un tel cas, si l'on referme la fente 22a du jonc 22, on peut obtenir un espace 26 parfaitement étanche et envisager de remplir cet espace d'un liquide.

[0034] Dans les joints des Fig. 1 à 3, il se peut que par suite de frottements, la déviation des tuyaux n'entraîne pas automatiquement le basculement complet de la couronne 23 par rapport à l'emboîtement et qu'en conséquence le contact entre cette couronne et le jonc 22 ne soit pas assuré sur toute la périphérie. Pour éviter cet incident, comme représenté en traits mixtes à la Fig. 3, la collerette 5 fermant l'emboîtement peut présenter un certain nombre de trous axiaux taraudés 40 à travers lesquels passent des vis 41. Le vissage de ces vis, une fois les deux tuyaux dans leur position définitive, permet de pousser la pièce 23 jusqu'à ce qu'elle ait un contact périphérique continu avec le jonc 22. On peut alors ou bien laisser en place les vis 41, si on ne craint pas qu'elles s'opposent au remplissage des billes par le trou 28, ou bien retirer ces vis, soit de façon qu'elles ne fassent plus saillie dans l'espace 26, soit complètement, auquel cas on les remplace par des bouchons.

[0035] Ce dispositif auxiliaire 40-41 de mise de la couronne 23 en appui correct sur le jonc 22 peut également s'appliquer à la mise en place du tore 36 des Fig. 4 et 5.

[0036] Dans tous les cas où la matière 27 reste fluide, ce qui est le cas des billes métalliques, on peut espérer que si les tuyaux se déplacent accidentellement, par exemple à la suite d'un affaissement de terrain, cette matière effectue automatiquement, au moins partiellement, une redistribution périphérique restaurant l'appui effectif sur tout le pourtour du joint.

[0037] Dans chacun des modes de réalisation repré- .sentés, la face radiale 21 contre laquelle prend appui le jonc 22 peut s'obtenir de différentes façons. Par exemple, elle peut appartenir à un jonc fendu de section rectangulaire ou carrée logé dans une gorge également à section rectangulaire creusée dans la surface extérieure du bout mâle 3. Cette surface d'appui 21 peut également être constituée par un flanc d'un relief venu de matière avec le bout mâle, ou encore constituer la tranche d'extrémité d'une manchette collée sur le bout mâle et munie, - à son extrémité opposée à la pointe de ce bout màle, d'un talon radial. Il est à noter que toutes les variantes de joncs représentées peuvent indifféremment être utilisées quel que soit le type du joint. Bien entendu, dans chaque cas, l'emboîtement et le bout mâle peuvent appartenir à n'importe quel type d'élément de canalisation autres que des tuyaux proprement dits.

Revendications

1.- Joint verrouillé à emoïtement entre deux tuyaux pouvant présenter une déviation l'un par rapport à l'autre, dans lequel le bout mâle et l'emboîtement présentent des surfaces d'appui respectives en regard entre lesquelles sont disposés des moyens d'entretoisement capables de transmettre les efforts de déboîtement sur toute la périphérie du joint et comprenant une masse incompressible d'une matière initialement fluide, la surface d'appui de l'emboîtement étant définie par une collerette intérieure de celui-ci et celle du bout mâle par un jonc fendu enserrant ce bout mâle et appliqué contre un épaulement radial de celui-ci, ce joint étant caractérisé en ce que la masse incompressible (27) est contenue dans un espace (26) fermé de tous côtés de façon étanche à ladite matière par des organes annulaires (23, 36, 37, 38) entièrement situés entre les deux surfaces d'appui (7-30).

2.- Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes annulaires comprennent une couronne(23)à section en L coulissant avec un jeu radial (j,j') dans l'ouverture (8) de la collerette (5) de l'emboîtement et dans le fond cylindrique(14)de la cavité (13) de cet emboîtement.

3.- Joint suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la surface d'appui du bout mâle (3) est radiale, ainsi que la surface de la couronne (23) en appui sur cette surface, et en ce que le jeu (j, j') de la couronne permet à celle-ci de dévier angulairement par rapport à l'emboîtement (1) d'un angle égal à la déviation maximale admise pour les deux tuyaux (2, 4).

4.- Joint suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la surface d'appui (30) du bout mâle (3) est bombée tandis que la surface (35) de la couronne (23) en contact avec cette surface d'appui (30) est tronconique.

5.- Joint suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4,' caractérisé en ce que la branche (25) du L (23) sortant de l'emboîtement (1) se termine par une collerette radiale (25a) tournée vers l'extérieur.

6.- Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'appui (30) du bout mâle (3) est tronconique ou sphérique et en ce que ledit espace (26) est fermé du côté du jonc annulaire fendu (22) par un anneau torique (36) en appui sur ce jonc et sur le fond cylindrique (1₄) de la cavité (13) de l'emboîtement (1).

. 7.- Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit espace (26) est fermé du côté de l'entrée de l'emboîtement (1) par un profilé annulaire (37) en U coiffant ladite collerette (5) et éventuellement muni d'un remplissage.

8.- Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit espace (26) est fermé du côté de l'entrée de l'emboîtement (1) par un second anneau torique (38) s'appuyant sur la surface extérieure du bout mâle (3) et sur une partie tronconique (35a), radialement intérieure, de la surface d'appui (7) de l'emboîtement (1).

9.- Joint suivant l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisé en ce que la collerette (5) de l'emboîtement est percée d'une série de trous axiaux taraudés (40) dans lesquels peuvent être engagées des vis (41) de poussée du ou des organes annulaires (23, 36) destinés à s'appuyer sur la surface d'appui du bout mâle (3).

10.- Joint suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la masse incompressible (27) est constituée au moins en partie d'une matière granulaire telle que de la grenaille ou des billes métalliques.

Dessins